تررسي تاثير افسودني اکسيد مس تر روند زينترينگ، ريس ساختار و هدايت پروتوني ترکية
زيرکونات تاريم
صّّشا ؿشافت *1 ٍ هحوذ حؼیي پبيذاس2

چکيده
دس ايي پظپظٍّؾّؾ، تبثیش افضافضٍدىٍدى 2 دسكذ صٍصًيًي اکؼیذ هغ ثش سفتبس صيٌ تشيٌگ، سيض ػبختٍبس ْبيي ٍ ّذايت پش تپشٍتًَيًي تشکیت خبلق صيشکصيشکًَبت ثبسين هَسد ثشسػي قشاس گشفت اػت. تشکیت صيشک ًبت ثبسين حبٍٍي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ ث سٍٍؽَ ػٌتض دس فبص خبهذ ٍ اص هَاد اٍ لیِ ي کشثٌٌبتي ٍ اکؼیذي ت یتْیِ ؿذ .ثو ظَس ثشسػي ػبختبس کشيؼتبلي فبص ػٌتض ؿذُ اص سٍٍؽ تدضي ي XRD اػتفبداػتفبدُ ؿذ. ػولیبت صيٌ تشيٌگِ وًوًَِّبي خبهي ک ث سٍؽ فـشدى دس قبلت، ت ی ؿذ ث دًًِذ، دس هحذٍ د ي دهبيي
1300 تب 1500 دسخ ي ػبًًتیگٍشاد ث هذًَت 5 تب 20 ػبِػتِ اًًدبم گشفت. ثشسػي سيِض ػبِختبس وًوًَِّب ثو ظَس تؼیُیي کیفي اًذاصُِ ي تخلخلّّبي ثشخبهبًذُ اًذاصُ ي تقشيجي داً ّب، ثب اػتفبد اص تلَيش ثشداسي ث سٍ ؽ SEM اص ػغح هقغغ ؿکؼتٍ و ّب اًًٍدبم گشفت. ّذايت پش تپشٍتًَيًي تشکیجبت ػٌتضِ ؿذُ پغ اص اًًدبم ػولیبت صيٌ تشيٌگ دس اتِوؼفش احیب ک ذُ )هشعَة خـًَک( ثب اػتفبدُ اص سٍٍؽ تدضي ي اهپذاًًغ تؼییي گشديذ. ًتبيح ايي پظٍ ّؾ ًـبى دادًًذ ک کبسثشد افضٍ دًًٌي اکؼیذ هغ ًقـي ثؼیبس هَثش دس کبّؾ دهبي صيٌ تشيٌگ سؿذ داًداًِّبي تشکیت صيشک ًبت ثبسين داسد؛ ثِ گ اي ک دس حضَس 2 دسكذ اکؼیذ هغ، دهبي صيٌ تشيٌگ تشکیت يبد ؿذ تٍب حذٍٍد 1400 دسخِ ي ػبًًتیگشاد کبّّؾِ يبفت اًذًِاص ي دِاً ّبِي آى ثیؾ اص 5 ثشاثش افضايؾ هييبثذ. ايي ًتبيح ّنچٌیي، ًـبُى دادًذ ککِ کبسثشد افض دًًي اکؼیذ هغ، ث دلیل تبٍثیش قبثُل هلاحظ ثش سؿذ داً ّب ،ثش افضايؾ ّذايت پشٍ ت ًي ًیض تبثیشي هثجت داسد.

اطٍُاطُّبي کلیذي: ّبديّبي پشٍ تپشٍتًَيًي ػشاهیکي، ػبختبس پشٍٍػکبيت، یذسٍٍطى، صيشک ًبت ثبسين، کوک صيٌتش.

داًـدََي دکتشا، ثخؾ هْ ٌذػي هَاد داًـگبُ ؿیشاص.
داًـیبس ثخؾ هْ ٌذػي هَاد داًـگبداًـگبُ ؿیشاص.
zsherafat@shirazu.ac.ir : يؼ ذًَيؼٌذُي هؼئََل هقبلِ -*
دًًيپش تپشٍتًَيًي
پيشگفتار
دس ػبلّّبي اخیش، هَاد ػشاهیکي ّبدي پش تَى ثؼیبسهَسد ت خ قشاس گشفت تلاؽّبي ثؼیبسي دس هَسد يبفتيهَاد ػشاهِیکي ثب قبثلیِتٍ ّذايت يَى پشٍ تَى، كََست گشفتِاػت. دلیل ايي اهش قبثلیت کبسثشد ايي هَاد دس پیلّّبي ػَختي دٍهب ثبلا، خذا ک ذ ّبي یذسٍٍطى، الکتش لیضٍ سّبي ثخبس آة ػٌ ؼ سّػٌؼَسّبيّبيٌ یُذسٍٍطى هيثبؿذ. دس هیبى هَاد ػشاهیکي ث گ ي ػوذُّ تشکیجِبت اکؼیذي ثب ػبختبس پشٍٍػکبيت ک هًبد اي افض دًي ث آىّب افض دُ ؿذُ، دس اتوؼفش داساي یذُسٍٍطى، ّذايت پشٍ ت ًي اص خَد ًـبى هيد ٌذ ککِ اص آى خولخولِ هيتَاى ثثِ تشکیجبتي هبًٌذ:
،[2 5] BPrO3 ،[2-4] BaZrO3 ،[1] BaCeO3
3CaZrO3 ،SrZrO [8-6] ٍ 3SrTiO [9] اؿبس کشد .دس ثیي ايي تشکیجبت، تشکیِت صيشک ًبتِ ثبسين حبٍي هبد ي افضٍ دًًي، ثؼیبس هَسد ت خ قشاس گشفت اػت. ايي تشکیُت خَاف هکبًًیکِي پبيذاسيِ ؿیویبيي هغلَثي اص خَد ًـبى هيدّذ، اهب ث دلٍیل اييک ّذايتِ پش ت ًي کل آى پبيیي اػت کبسثشدّّبي آى ت ػؼ یبفت اػت. ّذايت پشٍ ت ًي پبيیي ايي تشکیت ًبٍؿي اصِ ٍيظگي ديشگذاصي آىِ )قبثلیت صيٌتش ؿذى ضؼیف( هقبٍهت ثؼیبس ثبلاي هشصداً ّبي آى هيثبؿذ. ث دلیل قبثلیت صيٌٌتش ؿذى ضؼیف تشکیت صيشک ًبت ثبسين، تَلیذ وًوًَِّبيي ثب داًؼیتِ ي ثبلا اًذاصُ ي داً ي ًؼجتب ثضسگًَ، ثؼیبس دؿَاس اػت. دس ػولٍِ، ثشاي ت ی کشدى وًوًَِّبي کبهلا چگبل صيشک ًبت ثبسين، ث دهبّبي صيٌ تشيٌگً ثبلا، صهبىّبي صيٌ تشيٌگ ع لاًي ٍ پ دسّّبيي ثب اثؼبد بًَهتشي ًیبص خ اّّذ ثَد. دهبي صيٌ تشيٌگ ثبلا ػجت خًشٍٍج هقذاسي ثبسٍين اص تشکیت ؿذُ اػت کیَهتشي تشکیت ثِ ّن خ سدُخَسدُ ّویي اهش ػجتٍِ کبّؾ ّذايت پشٍ ت ًيِ هيگشدد [10 7]. افضٍٍى ثش ايي، ث دلیل سؿذ ًبکبفي داً ّب دس حیي صيٌتش کشدى، داًؼیتداًؼیتِي هشصداً دس وِ ّبي تَلیذي ثبلاػت اص آىخبييکِ ّذايتِ هشصداًً ايًِ ايي تشکیت ثؼیبس پبيیيٍ اػت، ّذايت کل ثؼیبس پبٍيیي خ اّّذ ثَد. ثب ث جَد قبثلِیت صيٌٍتش ؿذى اييِ تشکیت تَلیذ وًوًَِّبيي ثب داًؼیت ثبلا اذاصُ ي داً ي ثضسگ، ّذايتً پش ت ًي کل ث جَدي چـنگیش هييبثذ. يکي اص سٍٍؽّبي ث جَد قبثلیت صيٌتش ؿذى ،اػتفبدُ اص کوک رٍٍة هيثبؿذ. تبثیش اػتفبدُ اص کوک رٍٍة دسِ ث جَد قبثلیت صيٌتش ؿذى تشکیت صيشک ًبت ثبسين ث ػیل ي افشاد گ بگ ًي هَسد ثشسػي قشاس گشفتِ اػت [15-11]. ثب اػِتفبدَ اص کوک رٍٍِة، دهبي صيٌ تشيٌگ کبّؾ يبفتيبفتِ ٍ وًوًَِّبييُ ثب دا ؼیتداًؼیتِ ثبلا تَلیذ هيؿ ًذ .
افضٍٍى ثش ايي، حضَس کوکٍ رٍٍة ػجت سؿذ داً ّب ًیض هيؿَد. ثبثیلٍ) Babilo( ّیل) Haile( [14]، تبئتبئَ )Tao( ٍ ايشٍيي) Irvine( [15]، ًـبى دادًذ ککِ ZnO هَثشتشيي کوک ررٍةٍة ثشاي چگبل کشدى تشکیت صيٍشک ًبت ثبسين هيثبؿذ. اکؼیذ فلضّبي اًًتقبلي هبٌذ NiO CuO ک ثؼیبس ؿجی ZnO هيثبؿٌٌذ ًیض تبثیشي هـبث ثش ث جَد قبِثلیت صيٌتش ؿذى تشکیت صيشک ًبت ثبسين داسًًذِ. ثب ت خ ث ايي ه ضَع دس اٍيي پظٍ ّؾٍ، اص CuO ث ػٌ َاى کوک رِرٍةٍة اػتفبدُ ؿذُ تبثیش افضٍٍدى آى ثش سفتبس صي تشيٌگ ،سيض ػبختبس ْبيي ٍ ّذايت پش تپشٍتًَيًي تشکیت صيشک ًبت ثبسين هَسد ثشسػي قشاس گشفتگشفتِ اػت.

مواد و روش انجام پژوهص
ثو ظَس تَلیذ تشکیت ّبدي پشٍ تَى BaZr0.8Y0.2O2.9 (BZY20) ث گ ي خبلق دس حضَس افض دًًيافضٍدًي اکؼیذ هغ اص سٍؽِسٍؽ ػًٌَتض دس فبص خٍبهذ اػتفبدُ ؿذ. ثذيي ه ظَس اص پ دسّّبي کشثٌٌبت ثبسين )3BaCO(، اکؼیذ صيشک یَم) 2ZrO(، اکؼیذ يتشيَمٍ
)3Y2O( ٍ اکؼیذ هغ، ّوگي ثب خلَفٍِ 9/99 دسكذ ػبخت ؿشکت هشک، ث ػٌ َاى هَاد ا لی اػتفبدُ ؿذ .هشاحل چگ ًگي ت یتْیِي تشکیجبت هَسد ًیبص دس ؿکل 1 هـخق ؿذُ اػت. ّوبىگ ک دس ايي ؿکل آٍ سد ؿذُِ ، ًخؼتیي هشحل اص فشآيٌٌَذًِ تَلِیذ، هخلَط ػبصي هَادُ اٍ لی هيثبؿذ. دس ايِي ساػتب، ػولیبت هخٍلَط ػبصي ثب ثکبسگیشي يک دػٍتگب آػیبة گل لِ اي دس هحیظ تش )propanol-2( ثب اػتفبدُ اص گل ل ّبي صيشک ًیبيي ثب قغش 2 ٍ 5 هیليهتش دس هذت صهبى 24 ػبػت اًدبم ؿذ .
دس اداهاداهِ، دٍٍغبة ثذػٍت آهذُ اص ػولیبت آػیبثکبسي دس دهبي 80 دسخِ ي ػبًًتیگشاد خـک ؿذِ پَدس ثذػتٍ آِهذ دس ثبص ي دهبيي 900 تب 1400 دسخ يٍ ػبًتیگشاد ث هُذت 5 ػُبػت کلؼیٌکلؼیٌِ گشديذ. ثشاي اًًدبم آصهَى اؿؼ ي ايکغ، ثو ظَس تؼییي تشکِیت ػبختبس ثلَسي پ دسّّبي تَلیذي )پغ اص کلؼیٌ ؿذٍى(، اص دػتگبدػتگبُ XRD هذلِ2500Rigaku Rint اػتفبد ؿذ. ثو ظَس تَلیذو ّبي خبم اص فشآيٌٌذ فـشدُ ػبصُي دس قبلت اػتفبدُگًشَدًيذ. ايي ػولیبت ثب اػوبل فـبسي دس ثبصُ ي 100 تب 200هگبپبػکبل اًًدبم ؿذ. صيٌ تشيٌگ وًوًَِّبي خبم دسهحذ د ي دهبيي 1300 تب 1500 دسخِ ي ػبًتیگشاد دس ثبص ي صُهبًي 5 تب 24 ػبػت اًدبم گشفت )دس هَاسدي ًیٍض اص صيٌ تشيٌگ دس دهبي 1600 دسخِ ي ػبًتیگشاد ،ت ْب ثشاي صيٌتشيٌگ و ّبي خبلقِ BZY20، اػتفبِدُ ؿذ( .ثو ظَس تؼییًيَ کیفیت وًوًَِّبي تَلیذي، داًؼیت ي آىّب ث سٍٍؽ اسؿویذع تؼییي گشديذ .اذاصُ ي داً ّب ٍ هیضاى تِخلخلّّبي ثبقيهبًذُ ًیض ثب اػتفبدُ اص تلَيش ثشداسي هیکشٍ ػکَپي (SEM) اِص هقبعغ ؿکؼت و ّب تؼییي ؿذ. ّذايت پشپشٍت ًي وًوًَِّبي صيٌتش ؿذُ دًس اتًوؼفش احیب ک ذُکٌٌذُ )هخلَط گبص یًذسٍٍطى آسگَى ثو ظَس تَلیذ هحیغي ثب فـبس خضيي اکؼیظًي کنتش اص 18-10 اتوؼفش( ،دس ؿشايظٍ هشعَةٍ )ثب فـبس خضيي سعَثت هؼبدل 03/0 اتوؼفش( خـک دس ثبص ي دهبيي 250 تب 600 دسخ ي ػبًتیگشاد ثشسػي ؿذ. ثذيي ه ظَس اصٍ يک دػتگبُ پتبًؼیَاػتبت-گبل اًَاػتبت هذل 1287 يک دػتگبدػتگبُ آًبلیضٍٍس اهپذاًغ هذل 1255 ثب هحذٍ د ي فشکبًغ Hz 01/0 تب MHz 13، ػبخت ؿشکتُ ػ لاتشٍٍى اػتفبدُ ؿذ.

نتايج و تحث
روش تجسيهي XRD
دس ايي پظٍ ّؾ، ؿٌٌبػبيي تؼییي ػبخِتبس ثلَسي تشکیجبت ػٌتض ؿذ ثب اػتفبد اٍص ًتبِيح تدضي ي اؿؼ ي ايکغ اًدبم ؿذ. اُص ًتبيح اييُ تدضيِ ّنچٌیي، ثو ظَس تؼییي کنتشيي دهبي ػولیبت تـ ي ثشاي دػتیبثي ثِ ػبختبس ثلَسي هَسد ًظِش اػتفبدُ ؿذ. ثذيي ه ظَسِ، هخلَط پَدسي تشکیجبت اٍ لی دس دهبّّبي گ بگَى )ث گ ي ػوذُ دس ثبصُ ي دهبيي 800 تب 1100 دسخِ ي ػبًًتیَگًشاد( تـ يتـَيِ هَاد ثذػت آهذُ اص ايي ػولیبت هَسد آِصهَى XRD قشاس گشفتٌذ. دس ؿکل 2، ًتبيح اٍيي تدضي دس ساػتبي تَلیذ تشکیجبت هَسد ًظش دس ايي پظ ّؾ )تشکیت BZY20 ثثِ ؿکل خبلق ٍ وشاُّوشاُ ثب تشکیت CuO ثثِػٌ َاى کوک صيٌٌتش(اسيِ ؿذُ اػت.
ّوبىگ ک دس ايي ؿکل هـبّ ذُ هيؿَد، دس فشآيٌٌذ ػٌتضِ تشکیَتًِ خِبلق BZY20 دس فبص خبهذ، ػولیبت تـ ي دس دهبي 1100 دسخدسخِي ػبًتیگشاد ػجت تـکیل کبهل ػبختبس ثلَسي پشٍٍػکبيت هيگشدد. ًتبيح ايي پظٍ ّؾ ًـبى دادًًذ ک دس دهبّبي پِبيیيِتش ًیض اهکبى تـکیل ايي ػبخِتبس خَِد داد، اهب ثب ت خ ث خَد فبصّبي ًبخبللي ک ث گگًَِي ػوذ کشثٌٌبت ثبسين ثبقيهبذُ هيثبؿذ، دهبيِ 1100 دسخ يُ ػبًًتیگشاد، ک کنتشيي دهبيي اػت ک دس آى اثشي اص کشثٌٌبت ثبقيهبًذُِ هـبّ ذُ ـذُ ػبختبس ثلَسي کبهل پشٍٍػِکبيت ؿکل هيگیشد، ثً ػٌ َاىٍ دهبي ثْ یٌ ػولیبت تـ ي ثو ظَس تَلیذ تشکیت BZY20 ث سٍٍؽ ػٌتض دس فبصِ خبهذ تؼییي گشديذ. دس
ٍاقغٍاقغ، افضايؾِ دهبي ػولیبت تـ ي ثیؾ اص 1100 دسٍخ ي ػبًتیگشاد تبثیشي ثش ػبختبس ثلََسي ْبيي ذاؿت ت ْب ػجت افضايؾ اذاصُ ي ثلَسّب هيگشدد .
دس ؿکل2، الگَي پشٍاؽ اؿؼاؿؼِي ايکغ تشکیت BZY20 حبٍٍي 2 دسكذ صًًي CuO ک دس دٍ دهبيِ
900 ٍ 1100 دسخدسخِيِ ػبًتیگشاد کلؼیٌکلؼیٌِ ؿذُ اًذ ًیض اساي ؿذُ اػت. ّوبىگگًَِ ک دس ايي ؿکل ديذُ هيؿَد، حضَس 2 دسكذ تشکیت اکؼیذ هغ ث ػٌ َاى کوک صيٌٌتش تبثیشي دس َع ػبختبس کشيؼتبلي ؿِکٍل گشفت ذاؿِت اػت، دس حبلًيک ػبختبس کشيؼتبلي پشٍػکبيت ثِ گگًَِيِ کبهل تـکیل ؿذ اػت. حضَس فبص ثبً ي اي ًیض ث ػٌَ َاى ًبخبللي قبثل تـُخیق ًويثبؿذ. کت يِ ديگشي ک ثب ت خ ث ايي ًتبيح قبثل ثشداؿت هيثبؿذ، آى اػت ک دس حضَِس تشکیت افضٍ دًًي )کوک صيٌتش( دهبي تـکیل ػبِختبس ثلَسي پشٍٍػکبيت وبّوبًٌذٌذ تشکیت خبلق BZY20، دِس ثبصُ ي 1000 تب 1100 دسخ ي ػبًتیگشاد قشاس داسد. اگشچ دس دهبي 900 دسخدسخِي ػبًًتیگشاد ًیض ايي ػبختبس ثخَثي تـکیل ؿذُ اػت.

رفتار زينترينگ
ؿکل 3، تبثیش افضٍدًي اکؼیذ هغ ثش چگبلي ًؼجي وًوًَِّبي صيٌتش ؿذُ سا دس دهبي 1500 دسخِ ي ػبًًتیگشاد صهبى 24 ػبػت ًـبى هيدّّذ. ّوبىگ ک هـبّ ذُ هٍيؿِ د، افضٍدىِ اکؼِیذ هغِ، تبثیش چـنگَیًِشي ثش چگبلي وًوًَِّب داسد، ث گگًَِاي ک دس حضَس اکؼیذ هغ چگبلي هيثبؿذ، دٍس حبليک ثشاي تَلیذ وًوًَِي BZY20 ثب چگبلي حذٍد 90 دسكذ چگبلي تئَسًيَ، ػولیبت صي تشيٌٌگ ثبيذ دس دهبي 1750 دسخِ ي ػبًتیگشاد يب ثبلاتش اًدبم ؿَد [16]. ثٌٌبثشاِيي، ديذُ هيؿَد ک ثب افضٍدى اکؼیذ هغ ث تشکیت پبي BZY20، کبّّـِي چـنگیش دس دهبيِِ صيٌِ تشيٌگِ سخ دادُ اػت ک دلیل ايي ه ضَع ّوبىگ ک گفٍت ؿذ تغییش ػبصٍٍکبس صيٌ تشيٌگ دس حضَس اکؼَیًذ هغ فؼبل ؿذى ػبصٍٍکبس صي تشيٌ گ دس حضَس فبص هبيغ هيثبؿذ. ؿکل 5 ًیض، تغییشات چگبليِ ًؼجي وًوًَِّبي داساي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ ک دس دهبيً 1400 دسخِ ي ػبًتیگشٍاد صيٌتش ؿذُ اًًذ سا ثش حؼت صهبى صيٌ تشيٌگ ًـبى هيدّذ. ّوبىگ ک هـخق اػت ثب افضايؾ صهبى صيٌ تشيٌگ، چگبلي ًؼًَِجي افضايؾ يبفت اػت .
پشٍ تپشٍتًَيًي دًًي
صهبى صيٌ تشيٌگ تغییشي هحؼَع دس چگبلي ايدبد ًويؿَد. قغ ي ؿشٍٍع اؿجبع ؿذى، تؼییي ک ذُ ي صهبى ثْ یٌ ي صيًٌ تشيٌگ دس دهبي هَسد ًظش هيثبٍؿذٌ. دس وَداس ؿکل 5 ًیض چٌٌیي س ًذي هـب ذهـبّذُ هيؿَد ثٌظش هيًسػذ ک دهبي 1400 دسخ يٍ ػبًتیگشاد، صهبى ثْ یٌ ي صيٌِ تشيٌگ، 24 ػبػت اػتِ چگبلي و ّبي صيٌتش ؿذُ دس ايي هذت صهبى دس حذ قبثل قجَلي اًػَتًِ.
توبهي ًتبيح ثذػتِ آهذ )ؿکلّبي 3 تب 5( ًـبى دّ ذدٌّذُي ايي اػت ک افضٍدُى اکؼیذ هغ ػجت ث جَد قبثلیت صيٌٌتش ؿذى تشکیت BZY20 هيؿَد.
ؿکل 6، تغییشات چگبلي ًؼجي سا ثش حؼت فـبس اػوبل ؿذُ دس حِیي فشآيٌٌذ فـشدُ ػبصي، ثِو ظَِس ػبخت ديؼک خبم ا لی ، ًـبى هيدّذ. ّوبىگ ک هـبّ ذ هيؿَد، ثب افضايؾ فـبس اػوبل ؿذؿذُ دًس يک ؿشايظُ صيٌ تشيٌگ ثبثت، چگبلي ًؼجي افضايؾِ يبفت اػت. دس ٍاقغ، ثب افضايؾ فـبس، چگبليِ خبم وًوًَِّب قِجل اص ػولیبت صيٌ تشيٌگ افضايؾ يبفت اييً هَ ضَع هيت اًًذ ػجت افضايؾ چگبلي ْبيي وًوًَِّب گشدد .

تررسي هاي ريسساختاري اص 68 دسكذ چگبلي تئَسي ث ثیؾ اص 95 دسكذ افضايؾيبفت اػت. دلیل ايي ه ضََع هيت اًًذ ًبؿي اص تـکیلٍفبصّّبي هیبًي دس حضَس اکؼیذ هغ دس دهبي صيٌ تشيٌگ فؼبل ؿذى ػبصٍ کبسّّبي صيٌ تشيٌگ دس حضََس فبص هبيغ ثبؿذک ػجت تَلیذ قغؼ ّبيي چگبل دس دهبّّبي ًؼجتب پبيیي هيِگشدد. ثب افضايؾ هِبد ي افضٍ دًي اص 1 ث 2 دسكذ صًًي ،افضايؾ چٌٌذاى صيبديُ دس چگبِلي هـب ذهـبّذُ ًويؿَد. ثب افضايؾ هیضاى اکؼیذ هغ اص 1 ث 2 دسكذ صًي ،ػبصٍٍکبس صيٌ تشيٌگ تغییشي خ اّذ کشد ٍ ت ْب هیٍضاى فبص هبيغ تـکیل ؿذُ دس حیي صيٌ تشيٌگ افٍضايؾ خ اّّذ يبفت. ثٌظش هيسػذ اػتفبدُ اص 1 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ ثشاي دػتیبثي ث چگبلي ثبلا کبفي ثبؿذ، ٍلي اص آىخبييکِ افضٍٍى ثش چِگبلي، هیضاى سؿذ داً ّب ًیض اص اّویتي يظُ ثشخَسداس اػت، ثشاي ت یِ ي وًوًَِّب ،2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ ث تشکیت پبي BZY20 افض دُ ؿذ. ؿکل 4، تبثیش دهبي صٍيٌ تشيٌگ سِسٍيٍي چگبليِ ًؼِجي وًوًَِّبي داساي 2
دسكذ صًي اکؼیذ هغ ک ث هذتً 5 ػبػت صيٌتش ؿذ اًذ سا ًـبى هيدّذ. ّوبىگ ک اًتظِبس هيسٍد، ثب افضايُؾ دهبي صيٌ تشيٌگ چگبلي اَفضًِايؾِ يبفت اػت .افضٍٍى ثش ايي، هـب ذ هيؿَد ککِ دس دهبي 1400 دسخ ي
ػبًًتیگشاد، چگبُلي ثیؾ اص 90 دسكذِ چگبلي تئَسي ثو ظَس تبٍيیذ ًتبيح اًًذاصُ گیشي داًؼیتداًؼیتِي وًوًَِّبي
دس ثیؾتش وًوَداسَداسّبي چگبلي ثش حؼت صهبى صيٌ تشيٌٌگ ،ؿیت وَداس ثب افضايؾ صِهبى کِبّؾ هييبثذ وَداس ثِ يک حًذ اؿجبع هيسػذ ث گگًَِاي ک ثب افضايٍؾً ثیؾتش فشآٍٍسي ؿذِ ّنچٌیيٍ، تؼییي هیبًًگیي اًذاص يً دًاً ّب ،تلبٍيشي ث کِوک هیکش ػکَح الکتشِ ًي اص هقغُغ ؿکؼت ثشخي اص وًوًَِّبي صيٌتش ؿذُ ، ت ی هَسد ثشسػي قشاس گشفت. دسؿکلِ 7، ثشخي اص تلبٍيِش تٍ ی ؿذُ اساي ؿذ اػتِ. وبىگگًَِ ککِ دس ايي ؿکلِ ث س ؿٌٌِي ديذُ هيِؿَِدُ ،و يّ BZY20 خبلق، اگش چ دس دهبي 1600 دسخ ي ػبًًَتًیگشاد ٍ ثثِ هذت 20 ػبػت صٍيٌتش ؿذُ اًًذ، اهب َص داساي تخلخلّبي هتؼذدي ث دِثَدُ داساي ػبختبس چگّبٌلي ًويثبؿذ. ايي دس حبلي اػت ک دس هَسد وًوًَِّبي حبٍٍي
2 دسكذ صًي اکؼیذ هغ ،ثشخلاف اػتفبدُ اص دهبي پبيیيتش ثو ظَس اًًدبم ػولیبت صيٌ تشيٌگ ،ػبختبسي تقشيجبً ثذٍٍِى تخلخل ث خَد آهذُ داًؼیتِ ي و ّب، ّوبىگ ک اًذاص گیشيّب ًیض ًـبىٍ دِادًذ، ًضدًيکًَِ ث داًؼیت يًِ تئَسي اػت. کتِ ي ديگشي ک اص هقبيؼ ي تلبٍيش اسايِ ؿذُ دسٍ ايي ؿکل تید هيؿَد، آى اػت ک دس حضَس 2 دسكذ صًًي اکؼیذً هغِ، اًذاص ي داً ّب سؿِذ چـنگیشي داؿتِ اًًذ. ث گگًَِاي ک ک اًذاصُ ي آىّب ًؼجت ث اًذاص يداً ّب دس و ي خبِلقِ BZY20 )ک حتي دس دهبي
ثبلاِتشي ًیضً صيٌتِش ؿذُ اػت( ثیي 5 تب 10 ثشاثش ؿذُ اػت .چگبلؾ ثْتش وًوًَِّب دس حضَس افضٍ دًًي اکؼیذ هغ سؿذ قبثل هلاحظ ي داً ّب دس اييِ ؿشايظ، ًبؿي اص تغییش ػبصٍٍکبس صيٌ تِشيٌگ اِص فبص خبهذ ث صيٌ تشيٌگ دٍس حضَس فبص هبيغ هيثبؿذ. دس حقیقت، ثکبسگیشي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ هيت اًًذ ثب تـکیل فبصّّبيي ثب دهبي رٍٍة ًؼجتب پبيیي، ؿشايظ سا ثو ظَس فؼبل ؿذى ػبصٍٍکبس صيٌ تشيٌگ دس حضَس فبص هبيغٍ آهبدُ کشدُ ػجت استقبي داًؼیتداًؼیتِ دس دهبّبي پبيیيتش سؿذ چـنگیٍش اًذاصُ ي داً ّب ؿَد.

هدايت پروتوني
ّذايت الکتشيکي )ػوذتب ييًَي( تشکیجبت BZY20 ٍ BZY20+2wt% CuO ث گ يٍ تبثؼي اص دهب دس اتوؼفش احیب ک ذُ دس هحیظّبي تشًِ خـک دس ؿکل 8، ًـبى داد ؿذٌ اػتٍ. ّوبىگ ک دس ايي ؿکل هـبّ ذُ هيؿَد، ثشاي ّش د تشکیت دًسِ هحِیظ تش، ّذايت ثبلاتشي اذاصُ گیشي ؿذُ اػت. ايي ه ضََع هيت اًًذ، ؿبّّذي ثبؿذ ثش غبلت ثَدى ّذايت پش ت ًي ًؼجت ث ديگش اخضايي ک هيت اٌذ دس ّذايت کل ػْین ثبؿٌٌذ .ساثغِ ي صيش گَيبيِ
ّویي هغلت اػت:
)1( •H2O (gas) + VO•• + OO× ↔ 2OHOدس حضَس سعَثت دس خبّبي خبلي) Vacancy( اکؼیظى يَى یذسٍٍاکؼیذ) -OH( تـکیل هيؿَد. ثذييِ تشتیت، دس ػبختبس کشيؼتبلي پش تپشٍتًَيًي تـکیل هيؿَد ک ثبًًذ هؼتحکوي ثب ّیچ يک اص يَىّبي اکؼیظى ايدبد ًويک ذ هيت اًًذ آصٍاداً اص هحل يک يَى ث هحل يَى ديگش هْْبٍخشت کٌٌذ دِس ْبيت ػجت ّذايِت پشٍ ت ًي گشدد. دس جَد سعَثت خبّبيً خبلي اکؼیظى ًقؾ اكلي سا دس ّذٍايت ي ًي ايفب هيک ٌذ ثب ت خ ث اًذاصُ ي ثضسگتش آىّّب ّنچٌیي، هتفبٍٍتٌ ثَدىٍ ػبصٍٍکِبس اًًِتقبل آىّب ًؼجت ث پش تَى، دس تشکیجبت ّبدي پشٍ تَى، دس هحیظّبي خِـک، کبّـِي دس ّذايت ي ًي کل هـب ذُ هيؿَد.
ًتبيح اسي ؿذُ دس ؿکل 8 ّنچٌیي، ًـبى هيدّ ٌذ ک ّش دٍ هحیظ خـک تش ّذايت کل دس تشکیت حبٍٍي اکِؼیذ هغ ثیؾتش هيثبؿٍذ. دلیل ايي اهش هيت اًذ ًبؿي اص تفبت ؿبيبى ت خخِ دس اًذاصُ ي داً ّبي و ّبي حبٍٍي اکؼیذ هغ و ّبي ثذٍٍٍى آى ثبؿذ. دسً ٍاقًغ، هشٍصداً ّب ًقـي هَثش دسً تَؼًییيِ هقب هِت کل )ي ًي الکتش ًیکي( وًوًَِّب داسًًذ، ث گگًَِاي ک ثب افضايؾ حدن هشصداً ّب هقبٍٍهت کل افضايؾ هييبثذ. ثب ت خ ث ايي ه ضَع اص آىخب ک دس و ّبي حبٍٍي اکؼِیذ هغ سؿذي قٍبثل هلاحظ دس اذًاصَُ ي داً ّب سخ دادُ اػت، ّوبىگ کِ ًتبيح ًیض ًـبى هيد ٌذ، هيتَاى اًتظبس داؿت ک ّذايت کل ًیض افضايؾ يبثذ .
کت ي ديگِشي ک اص ايي ًتبيح ثشداؿت هيؿَد، تغییش ؿیجي اِػت ک دس دِهبي ثبلا تقشيجبً ثشاي توبهي خغَط اساي ؿذُ، ديذُ هيؿَد. ايي تغییش دس ؿیت ًبؿي اص تغییش دس ػبهل غبلت دس تؼییي ّذايت کل هيثبؿذ .اص ػَي ديگش، اص آىخب ک اکٌٌؾ) 1( حشاستصاػت، دس دهبي ثبلا ػکغٍ اکٌٌؾ سخ هيدّّذ دِس تید ، سعَثت خزة ؿذُ آصاد ػیَة پشٍ ت ًي ک لاٍصه يً ّذِايت پش ت ي اػت، اص ثیي هيس ًذ. دس تید ، دس دهبّبي ثبلا خَبّبي خبلي اکؼیظى يب حفش ّبي الکتِش ًي ًقؾ اكلي سا دس تؼییي ّذايت کٍل ايفب هيُککٌٌذ ک دس اثش آى ؿیت خغَط کِ تبثؼي اص ػبصٍٍکبس ّذايت ػبهل غبلت دس ّذايت کل هيثبؿذ ًیض تغییش هيک ذ.

نتيجهٍ گيري
افضٍدى اکؼیذ هغ ثثِ هَِاد ا لیاٍلیِي پَدسي تـکیل دّ ذدٌّذُي تشکیت BZY20 ًِ ت ْب هبًًغ تـکیل ػبختبس پشٍٍػکبيت ايدبد ًبخبللي گشديذ ثلکثلکِ تب حذٍدي دهبي تـ ي) کنٍتشيي دهبي لاصم ثشُاي تـکیل ػبختبس پشٍٍػِکبيت( سا ًیض کبّّؾ هيدّذ.
افضٍٍدى اکؼیذ هغ ػجت ث جَد قبثلیت صيٌتشِ ؿذى تشکیت 20BZY هيؿَد. دس حضَس اکؼیذ هغ ث دلیل فؼبل ؿذى ػبصٍٍکبس صيٌ تشيٌگٍ دس حِضَس فبص هبيغ، دهب صهبى صيٌ تشيٌگ کبّؾ يبفت وًوًَِّبيي ثب چگبلي ثیؾٍ اص 95 دسِكذ چگبلي تئَسي )تخلخل ثؼیبس کن( ٍ ثب اًذاصُ ي داً ي ًؼجتب دسؿت قبثل تَلیذ هيثبؿذ.
ًتبيح اذاصُ گیشي ّذايت الکتشيکي دس اتوؼفش خـک ٍ تش حبکي اص غبلت ثَدى ّذايت پشٍ ت ًي دس تشکیجبت BZY20 + 2wt% CuO BZY20 هيثبؿذ. سؿذ
پش تپشٍتًَيًي دًي
کـَس طاپي ث اًدبم سػیذُ اػت، ثذيي ػیل اص حوبيتّبي افشاٍِد آى گشٍ ث يظ دکتش یـیوَسا دکتش کجبيبؿي تـکش قذسداًًي هيگشدُد. ّنچٌیي، اص هؼٍئَلیي داًـگبداًـگبُ ؿیشاص ثخبعش فشاّّن آٍسدى ؿشايظ اػتفبدُ اص فشكت هغبلؼبتي تقذيش هيؿَد. داً اي ک دس حضََس اکؼیذ هغ اتفبق هيافتذ ػجتافضِايؾ ّذِايت پشٍ ت ًي تشکیت BZY20 هيگشدد.

تشکر و قدرداني
اص آىخب ک ثخٍـي اص ايي پظٍ ّؾ دس گشٍ ُ تَلیذ ٍ خبلق ػبصي یذسٍطى اًؼیتاًؼیتَ پظ ّـي هَاد) NIMS(
مناتع
1- R. C. T. Slade, “The perovskite-type protonconducting solid electrolyte BaCe0.90Y0.10O3−α in high temperature electrochemical cells”, Solid State Ionics, Vol. 61, pp. 111–114, 1993. 2- T. Norby, “Solid-state protonic conductors: principles, properties, progress and prospects”, Solid State Ionics, Vol. 125, pp. 1–11, 1999. 3- K. D. Kreuer, “Aspects of the formation and mobility of protonic charge carriers and the stability of perovskite-type oxides”, Solid State Ionics, Vol. 125, pp. 285–302, 1999.
T. Schober and H. G. Bohn, “Water vapor solubility and electrochemical characterization of the high temperature proton conductor BaZr0.9Y0.1O2.95”, Solid State Ionics, Vol. 127, pp. 351–360, 2000.
T. Fukui, S. Ohara, and S. Kawatsu, “Ionic conductivity of gadolinium-doped barium praseodymium oxide”, Solid State Ionics, Vol. 116, pp. 331–337, 1999.
S. Shin, H. H. Huang, M. Ishigame and H. Iwahara, “Protonic conduction in the single crystals of SrZrO3 and SrCeO3 doped with Y2O3”, Solid State Ionics, Vol. 40, pp. 910– 913, 1991.
H. Iwahara, T. Yajima, T. Hibino, K. Ozaki and H. Suzuki, “Protonic conduction in calcium, strontium and barium zirconates”, Solid State Ionics, Vol. 61, pp. 65–69, 1993.
T. Yajima, H. Kazeoka, T. Yogo and H. Iwahara, “Proton conduction in sintered oxides based on CaZrO3”, Solid State Ionics, Vol. 47, pp. 271–275, 1991.
N. Sata, K. Hiramoto, M. Ishigamw, S. Hosoya, N. Nijmuma and S. Shin, “Site identifi cation of protons in SrTiO3: mechanism for
large protonic conduction”, Physics Reviews, Vol. B54, pp. 15795–15799, 1996.
P. Babilo, T. Uda and S. M. Haile, “Processing of yttrium-doped barium zirconate for high proton conductivity”, Journal of Materials Research Society, Vol. 22, pp. 13221330, 2007.
D. Gao and R. Guo, “Structural and electrochemical properties of yttrium-doped barium zirconate by addition of CuO”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 493, pp. 288293, 2010.
A. M. Azad, S. Subramaniam and T. W. Dung, “On the development of high density barium metazirconate (BaZrO3) ceramics”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 334, pp. 118-130, 2002.
J. S. Park, J. H. Lee, H. W. Lee and B. K. Kim, “Low temperature sintering of BaZrO3based proton conductors for intermediate temperature solid oxide fuel cells”, Solid State Ionics, Vol. 181, pp. 163–167, 2010.
P. Babilo and S. M. Haile, “Enhanced Sintering of Yttrium-Doped Barium Zirconate by Addition of ZnO”, Journal of the American
Ceramic society, Vol. 88, pp. 2362–2368, 2005.
S. W. Tao and J. T. S. Irvine, “A Stable, Easily Sintered Proton- Conducting Oxide Electrolyte for Moderate-Temperature Fuel Cells and Electrolyzers”, Advanced Materials, Vol. 18, pp. 1581-1584, 2006.
N. Ito, H. Matsumoto, Y. Kawasaki, S. Okada and T. Ishihara, “Introduction of In or
Ga as second dopant to BaZr0.9Y0.1O3–δ to achieve better sinterability”, Solid State Ionics, Vol. 179, pp. 324–329, 2008.

پيوستها

ؿکل 1- فلَچبست هشاحل ٍ سٍؽ ػٌٌتض ٍ ثشسػي ٍيظگيّّبي تشکیت 29.BaZr0.8Y0.2O ثِ كَست خبلق ٍ حبٍٍي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ.
دًًي

ؿکل 2- الگَي پشاؽ اؿؼِ ي ايکغ تشکیت 29.BaZr0.8Y0.2O ثلَست خبِلق حبٍٍي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ پغ اص ػٌٌتض ٍ دس دهبي 900 ٍ 1100 دسخدسخِي ػبًًتیگشاد ث هذتٍ 5 ػبػت.

ؿکل 3- تغییشات چگبلي ًؼجي ثش حؼت دسكذ صًًي اکؼیذ هغ ثشاي وًوًَِ ّبي صيٌٌتش ؿذُ دس دهبي 1500 دسخِ ي ػبًًتیگشاد ثِ هذت
24 ػبػت.

ؿکل 4- تغییشات چگبلي ًؼجي ثش حؼت دهبي صيٌ تشيٌٌگ ثشاي وًوًَِ ّبي حبٍي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ صيٌٌتش ؿذُ ثِ هذت 5 ػبػت.

ؿکل 5- تغییشات چگبلي ًؼجي ثش حؼت صهبى صي تشيٌٌگ ثشاي و ّبي حبٍٍي 2 دسكذ صًي اکؼیذ هغ صيٌٌتش ؿذُ دس دهبي1400 دسخِ ي ػًِبًًتیگشاد.

ؿکل 6- تغییشات چگبلي ًؼجي ثش حؼت فـبس فـشدُ ػبصي وَ ّبي خبم ثشاي وًوًَِ ّبي حبٍٍي 2 دسكذ صًًي اکؼیذ هغ صيٌٌتش ؿذُ دس دهبي 1400 دسخِ يًِ ػبًًتیگشاد ثِ هذتَ 24 ػبػت.

دًي
1189323-25109

ج



قیمت: تومان


پاسخ دهید